太陽能LED路燈基礎(chǔ)知識.doc

廣州騰島綠電力技術(shù)開發(fā)有限公司 太陽能LED路燈隨著地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受重視。同時，也隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和進步，太陽能燈具產(chǎn)品在環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，太陽能發(fā)電在路燈照明領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)日趨完善。簡介LED燈節(jié)能, 光效高, 單位W可以產(chǎn)生80LM甚至更高的光通量. 顯色性好, 純白色的光線, 全部為可見光. 另外最重要的一點是可以用直流驅(qū)動, 這點用在太陽能上尤其重要, 因為太陽能發(fā)的電也是直流的, 可以省卻逆變器這一環(huán)節(jié)的成本和能量損耗. 太陽能LED路燈以太陽光為能源，白天充電晚上使用，無需復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，可任意調(diào)整燈具的布局，安全節(jié)能無污染，無需人工操作工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費免維護。 系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控 制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成； 系統(tǒng)基本組成太陽能LED路燈主要由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利；LED燈頭光源采用單顆大功率LED（30W100W）作為光源，運用獨特的多顆芯片集成式單模組光源設(shè)計，選用進口高亮度芯片。 控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利于系統(tǒng)維護費用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現(xiàn)很高的性價比。 系統(tǒng)設(shè)計思想太陽能路燈的設(shè)計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將光合太陽能LED大功率路燈為例，分幾個方面做分析。 太陽能電池組件選型 設(shè)計要求：三門峽地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。 三門峽地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算長沙地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h； 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH 所需長沙光合太陽能組件的總充電電流= 1.0512.2（3.4240.85）=5.9A 在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為華豫光伏科技的太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。 光合太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.25.9 = 102W 選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。 蓄電池選型蓄電池設(shè)計容量計算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡單。 根據(jù)上面的計算知道，負(fù)載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：12.2（7+1） = 97.6 （AH），選用2臺12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。 LED光源LED光源的風(fēng)光企業(yè)比較多，但是因為企業(yè)技術(shù)的良莠不齊，所以產(chǎn)品的性能也不同，特別是亮度及光衰、使用壽命區(qū)別比較大，下面就大功率LED燈具介紹給大家在選用相關(guān)產(chǎn)品時做參考。 材 質(zhì)真空鍍膜反射器；高純度鋁質(zhì)反射腔、燈殼及散熱體；高強度鋼化玻璃罩；大功率LED光源；高效率恒流源。 適用場所城市道路，人行道，廣場，學(xué)校，公園，庭院，居住區(qū)，廠區(qū)以及其他需要室外照明的場所。 特 點1、 采用自主知識產(chǎn)權(quán)封裝的單顆大功率LED（30W100W）作為光源，運用獨特的多顆芯片集成式單模組光源設(shè)計，選用進口高亮度芯片； 2、首創(chuàng)散熱器與燈殼一體化設(shè)計， LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對流散熱，充分保證了LED路燈50000小時的使用壽命。 按照每天工作12個小時計算，其壽命也在10年以上，維護費用極低； 3、燈具表面進行了耐紫外線抗腐蝕處理，耐高溫發(fā)泡硅膠密封，有效防塵防水，整體燈具防護達(dá)到IP65等級； 4、采用單體橢圓鋁反射腔，配合多曲面真空鍍膜反射器，針對性地將LED發(fā)出的光控制在需要范圍內(nèi)，提高了燈具出光效果的均勻性和光能的利用率，更能凸顯LED路燈節(jié)能優(yōu)點。與傳統(tǒng)的鈉燈相比，可節(jié)電70%以上； 5、無不良眩光、無頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性； 6、啟動無延時，通電即達(dá)正常亮度，無須等待，消除了傳統(tǒng)路燈長時間的啟動過程； 7、綠色環(huán)保無污染：不含鉛、汞等污染元素，對環(huán)境沒有任何污染； 8、與太陽能結(jié)合是絕好搭檔，充分發(fā)揮LED直流低壓工作與節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，太陽能光伏板與LED光源相結(jié)合，為客戶實現(xiàn)最佳性價比和高可靠性。 太陽能電池組件太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。華豫新能源的單晶硅轉(zhuǎn)換效率比較高，鋼化玻璃透光性能強，增強其轉(zhuǎn)化效率。 太陽能電池組件支架1) 傾角設(shè)計 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。 關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為長沙地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料，選定長沙光合太陽能電池組件支架傾角為16o。 2)抗風(fēng)設(shè)計 在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計?？癸L(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。 太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計 依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級臺風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計 路燈的參數(shù)如下： 電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m 設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm 焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為 PQ = 5000+（168+6）/tan16o Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F1.545。 根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風(fēng)速，230W的雙燈頭長沙光合太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3730 = 949N。 所以，M = F1.545 = 9491.545 = 1466N.m。 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = （3r23r23）。 上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，是圓環(huán)寬度。 破壞面抵抗矩W = （3r23r23） =（384243844243）= 88768mm3 =88.768106 m3 風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W = 1466/（88.768106） =16.5106pa =16.5 Mpa215Mpa 其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強度。 所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。 太陽能控制器太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。 蓄電池防過充、過放保護電壓一般參數(shù)如表 1)當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。 在選用器件上，目前有采用單片機的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應(yīng)的方案。 2)表面處理 產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過GB的相關(guān)要求。 比較1、太陽能電池板太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。 2、太陽能控制器無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，并應(yīng)具有夜間自動切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。 3、蓄電池由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓2030%，才能保證給蓄電池正常負(fù)電。蓄電池容量必須比負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。 4、光源太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標(biāo)，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、DLED光源。 （1）低壓節(jié)能燈：功率小，光效較高，但使用壽命2000小時，電壓低燈管發(fā)黑，一般適合太陽能草坪燈、庭院燈。 （2）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達(dá)200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統(tǒng)造高，采用較少。 （3）無極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純正弦波，頻率50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達(dá)到5萬小時，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的）。 其他隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺，太陽能的應(yīng)用將會越來越廣泛，尤其太陽能發(fā)電領(lǐng)域在短短 的數(shù)年時間內(nèi)已發(fā)展成為成熟的朝陽產(chǎn)業(yè)。 1： 目前制約太陽能發(fā)電應(yīng)用的最重要環(huán)節(jié)之一是價格，以一盞雙路的太陽能路燈為例，兩路負(fù)載共為60瓦，（以長江中下游地區(qū)有效光照4.5h/天、每夜放電7小時、增加電池板20預(yù)留額計算）其電池板就需要160W左右，按每瓦30元計算，電池板的費用就要4800元，再加上180AH左右的蓄電池組費用也在1800左右，整個路燈一次性投入成本大大高于市電路燈，造成了太陽能路燈應(yīng)用領(lǐng)域的主要瓶頸。 2：蓄電池的使用壽命也應(yīng)該考慮在整個路燈系統(tǒng)應(yīng)用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以后就會出現(xiàn)充電不滿的情況，有些實際充電率有可能下降到50左右，這必將影響連續(xù)陰雨天時期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。 3：一些工程商常選用LED燈做為太陽能路燈的照明，但是LED燈的質(zhì)量層差不齊，光衰嚴(yán)重的LED半年就有可能衰減50光照度。所以一定要選擇光衰較慢的LED燈，或者選用無極燈、低壓鈉燈等。 4：控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個問題，控制器的質(zhì)量層差不齊，12V/10A的控制器市場價格在100-200元不等，雖然是整個路燈系統(tǒng)中價值最小的部分，但它卻是非常重要的一個環(huán)節(jié)。控制器的好壞直接影響到太陽能路燈系統(tǒng)的組件壽命以及整個系統(tǒng)的采購成本，一：應(yīng)該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安（MA）以下的控制器。二：要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時期，MCT充電模式比其他高出20左右的效率。三：應(yīng)選擇具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，具有功率調(diào)節(jié)的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對LED燈進行功率調(diào)節(jié)。除選擇以上節(jié)電功能外，還應(yīng)該注重控制器對蓄電池等組件的保護功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設(shè)置控制器欠壓保護值時，盡量把欠壓保護值調(diào)在 11.1V ，防止蓄電池過放。 5： 距離市區(qū)較遠(yuǎn)的地方還應(yīng)該注意防盜工作，很多工程商因為施工疏忽，沒有進行有效的防盜，導(dǎo)致蓄電池、電池板等組件被盜，不僅影響了正常照明，也造成了不必要的財產(chǎn)損失。目前工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋于地下用水泥澆筑是一種有效防盜措施，在燈桿 上加裝蓄電池箱的最好將其進行焊接加固。 6: 控制器的防水，控制器一般裝于燈罩、電池箱中，一般也不會進水，但在實際工程案例中 控制器端子的連接線往往因為雨水順著連接線流入控制器造成短路。所以在施工時應(yīng)該注意將 內(nèi)部連接線彎成“U”字型并固型，外部連接線也可以固定為“U”型，這樣雨水就無法淋入造成 控制器短路，另外還可在內(nèi)外線